JP3209608B2 - Two-step injection molding method - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はインクジェット印刷ヘッ
ドに係り、特に、インクマニホルド及びチャネルプレー
トを有するインクジェット印刷ヘッド、並びにインクジ
ェット印刷ヘッドのためのマニホルドとチャネルプレー
トを製造する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet print head, and more particularly to an ink jet print head having an ink manifold and a channel plate, and a method of manufacturing a manifold and a channel plate for the ink jet print head.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、ドロップオンデマンド型インク
ジェット印刷装置は二つのタイプに分けることができ
る。ノズルから液滴を吐出する圧力パルスを生成するた
めにピエゾトランスドューサを用いるタイプか、又は液
滴を吐出するインク充填チャネル内に蒸気泡を生成する
ために熱エネルギーを用いるタイプである。後者のタイ
プはサーマルインクジェット印刷又はバブルインクジェ
ット印刷タイプと呼ばれる。現在のサーマルインクジェ
ット印刷においては、例えばアヤタらに付与された米国
特許第4, 463, 359号に開示されている(この開
示内容は本明細書に参照することによって組み込まれ
る)ように、印刷ヘッドが一つ以上のインク充填チャネ
ルを備え、一端で比較的小さなインク供給チャンバと連
絡し、反対端でノズルと呼ばれる開口部を具備してい
る。サーマルエネルギージェネレータ、通常、レジスタ
ー(抵抗器)が、所定距離だけ離間されてノズル付近の
チャネル内に配置される。抵抗器は個々に電流パルスが
アドレスされ、インクを瞬間的に気化させ、かつインク
液滴を吐出する気泡(バブル)を形成する。気泡が大き
くなるにつれ、インクはノズルから膨出し、かつインク
の表面張力によってメニスカス形状で吸収される。気泡
が崩壊し始めると、ノズルと気泡の間のチャネル内に残
存するインクは、崩壊しつつある気泡に向かって移動を
開始し、これによってノズルにおけるインクの容積収縮
が生じることとなり、結果的に液滴としての膨出インク
を分離させることになる。気泡が大きくなる間はノズル
から吐出されるインクの加速度によって、用紙等の記録
媒体へ向かってほぼ直線方向に進む液滴の運動量及び速
度が提供される。2. Description of the Related Art In general, drop-on-demand type ink jet printing apparatuses can be divided into two types. Either a piezotransducer is used to generate a pressure pulse that ejects a droplet from the nozzle, or a type that uses thermal energy to create a vapor bubble in an ink-filled channel that ejects the droplet. The latter type is called thermal inkjet printing or bubble inkjet printing type. In current thermal ink jet printing, for example, as disclosed in U.S. Pat. No. 4,463,359 to Ayata et al. (The disclosure of which is incorporated herein by reference). Has one or more ink-filled channels, communicates at one end with a relatively small ink supply chamber, and at the opposite end has an opening called a nozzle. A thermal energy generator, typically a resistor (resistor), is located in the channel near the nozzle, separated by a predetermined distance. The resistors are individually addressed by current pulses to instantaneously vaporize the ink and form bubbles that eject ink droplets. As the bubbles become larger, the ink swells from the nozzles and is absorbed in a meniscus shape by the surface tension of the ink. As the bubble begins to collapse, the ink remaining in the channel between the nozzle and the bubble begins to move toward the collapsing bubble, resulting in a volumetric contraction of the ink at the nozzle. The swollen ink as droplets is separated. While the bubbles are growing, the acceleration of the ink ejected from the nozzles provides the momentum and velocity of the droplet that travels in a substantially linear direction toward the recording medium, such as paper.
【0003】米国特許第4, 463, 359号では、毛
管作用によって補充される一つ以上のインク充填チャネ
ルを有するサーマルインクジェットプリンタが開示され
ている。メニスカスは、インクが各ノズルから溢れない
ように、各ノズルにおいて形成される。抵抗器又はヒー
タはノズルから所定の距離だけ離間して各チャネル内に
配置される。データ信号を表す電流パルスが抵抗器に印
加され、抵抗器に接触しているインクを瞬時に気化させ
るとともに各電流パルスごとに気泡を形成する。インク
液滴は、気泡が成長するにつれて各ノズルから吐出さ
れ、これによって、ノズルから大量のインクを膨出さ
せ、かつ気泡崩壊の開始時に大量のインクを液滴へ向か
ってインクを崩壊させつつ移動させる。電流パルスは、
各液滴が吐出された後に、メニスカスが破壊されたり、
かつチャネル内でメニスカスが後退し過ぎることを阻止
するように、形成される。ヒートシンク基板の頂面及び
底面に取り付けられた千鳥線形アレイを有するものや、
多色刷り印刷の異なるカラーインクを有するもののよう
な線形アレイ型サーマルインクジェットデバイスの種々
の実施例が示される。ある実施例では、当該チャネルの
両端にノズルを有する比較的短いチャネルの中心に抵抗
器が配置されている。他の通路は、開口端チャネルへ連
結され、かつT字型構造を形成するように当該通路は開
口端チャネルに対して垂直である。毛管作用によって、
インクは通路から開口端チャネルへ補充される。これに
より、気泡が開口端チャネル内で形成された時には二つ
の異なる記録媒体が同時にプリントされる。[0003] US Patent No. 4,463,359 discloses a thermal ink jet printer having one or more ink filled channels that are replenished by capillary action. The meniscus is formed at each nozzle so that ink does not overflow from each nozzle. A resistor or heater is located within each channel at a predetermined distance from the nozzle. A current pulse representing the data signal is applied to the resistor, which instantaneously vaporizes the ink in contact with the resistor and forms a bubble for each current pulse. Ink droplets are ejected from each nozzle as the bubble grows, thereby causing a large amount of ink to bulge out of the nozzle and moving a large amount of ink toward the droplet at the onset of bubble collapse. Let it. The current pulse is
After each droplet is ejected, the meniscus is destroyed,
And it is formed so as to prevent the meniscus from retreating too much in the channel. One with a staggered linear array attached to the top and bottom surfaces of the heat sink substrate,
Various embodiments of a linear array thermal inkjet device, such as those having different color inks for multicolor printing, are shown. In one embodiment, a resistor is located in the center of a relatively short channel having nozzles at both ends of the channel. The other passage is connected to the open end channel and is perpendicular to the open end channel so as to form a T-shaped structure. By capillary action,
Ink is replenished from the passage into the open end channel. This allows two different recording media to be printed simultaneously when bubbles are formed in the open end channel.
【0004】サーマルインクジェット印刷ヘッドを製造
するための一つの好ましい技術が、ホーキンス(Hawkin
s )らに付与された米国再発行特許第32, 572号に
開示されている(この開示内容は本明細書に参照される
ことによって組み込まれている)。各印刷ヘッドは共に
位置合わせされかつ接着された二つの部品から構成され
る。第1の部品(ヒータプレートとして知られる)は、
表面上に発熱体及びアドレッシング電極の線形アレイを
含むほぼ平面状の基板である。第2の部品(チャネルプ
レートとして知られる)は、前記二つの部品が共に接着
された場合にインク補給リザーバとして作用するよう
に、基板内で異方性エッチングされる少なくとも一つの
凹部を有する基板である。第2の部品には平行溝の線形
アレイが形成されており、これによって、溝の一端はリ
ザーバ凹部と連絡し、溝の他端はインク液滴吐出ノズル
として使用するために開口されている。アドレッシング
電極とともに複数組の発熱体アレイ(ヒータプレート)
をシリコンウェハ上に製造し、かつシリコンウェハ上の
所定の位置で位置合わせマークを配置することによって
多数の印刷ヘッドを同時製造することができる。対応す
る複数組のチャネル及び対応するリザーバ(チャネルプ
レート)は第2のシリコンウェハ内に製造され、ある実
施例では、その上に位置合わせ開口部が所定の位置にエ
ッチングされる。2枚のウェハは前記位置合わせ開口部
と位置合わせマークを介して位置合わせされ、次いで共
に接着され、かつ多数の分離印刷ヘッドモジュールとな
るようにダイシング(方形切断)される。ページ幅印字
のために移動記録媒体に対向するページ幅形状で多数の
印刷ヘッドモジュールを固定的に設けることが可能であ
る。或いは、個々の印刷ヘッドモジュールは、米国再発
行特許第32, 572号の図1に示されるようなキャリ
ッジ型印刷ヘッドを形成するために使用されることがで
きる。One preferred technique for manufacturing thermal ink jet printheads is Hawkins.
s), issued to US Reissue Patent No. 32,572, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Each printhead is composed of two parts that are aligned and glued together. The first part (known as the heater plate)
A substantially planar substrate including a linear array of heating elements and addressing electrodes on the surface. The second component (known as the channel plate) is a substrate having at least one recess that is anisotropically etched in the substrate so as to act as an ink supply reservoir when the two components are glued together. is there. The second part is formed with a linear array of parallel grooves whereby one end of the groove communicates with the reservoir recess and the other end of the groove is open for use as an ink drop ejection nozzle. Multiple sets of heating element arrays (heater plates) with addressing electrodes
Is manufactured on a silicon wafer, and a plurality of print heads can be manufactured simultaneously by arranging the alignment marks at predetermined positions on the silicon wafer. Corresponding sets of channels and corresponding reservoirs (channel plates) are fabricated in a second silicon wafer, and in one embodiment, alignment openings are etched into place thereon. The two wafers are aligned via the alignment openings and alignment marks, then glued together and diced into multiple separate printhead modules. A number of print head modules can be fixedly provided in a page width shape facing the moving recording medium for page width printing. Alternatively, individual printhead modules can be used to form a carriage-type printhead as shown in FIG. 1 of U.S. Pat. No. Re. 32,572.
【0005】通常、これらの印刷ヘッドはヒートシンク
上に設けられ、これによってヒータプレートは当該ヒー
トシンクと物理的に接触することとなる。個々のアドレ
ッシング電極は、プリント配線板上の対応する電極にワ
イヤボンディングされる(米国再発行特許第32, 57
2号の図2乃至図4参照)。通常、インクマニホルドは
チャネルを有する表面の反対側のチャネルプレートの表
面にシール(密閉)されるため、インク供給チャンバ内
のインクは、このインクマニホルドを介してチャネルプ
レート内のリザーバへ補給され得る。[0005] Typically, these printheads are mounted on a heat sink, which causes the heater plate to be in physical contact with the heat sink. Each addressing electrode is wire bonded to a corresponding electrode on a printed wiring board (US Pat. No. Re. 32,57).
No. 2 (see FIGS. 2 to 4). Usually, the ink manifold is sealed to the surface of the channel plate opposite the surface having the channels, so that the ink in the ink supply chamber can be replenished to the reservoir in the channel plate via the ink manifold.
【0006】これらのインクマニホルドはハードプラス
チック材料を用いて1ステップの射出成形プロセスによ
って作成することができる。[0006] These ink manifolds can be made by a one-step injection molding process using hard plastic materials.
【0007】図1は、図2に示される印刷ヘッド等のサ
ーマルインクジェット印刷ヘッドを製造するための従来
のプロセスに関するブロック図である。ハードプラスチ
ックマニホルド18が射出成形され(S1)、かつヒー
タプレート12及びチャネルプレート15がそれぞれシ
リコンウェハ内で製造される(S2、S3)。ヒータウ
ェハ及びチャネルウェハは赤外線で位置合わせされ、エ
ポキシ13を用いてチャネルウェハのチャネルプレート
15をヒータウェハのヒータプレート12へ接着してウ
ェハアセンブリを形成する(S4、S5、S6)。前記
ウェハ部品は、ダイシングブレードを用いて多数の個別
の印刷ヘッドモジュール17へダイシングされ、かつウ
ェハ部品は超音波により洗浄される。これによって個々
の印刷ヘッドモジュール17がダイシングされたウェハ
部品から分離される(S7〜S9)。この製造プロセス
についてさらに詳細に知るためには、例えば、カンパネ
ッリ(Campanelli)らに付与された米国特許第4, 78
6, 357号等を参照されたい。FIG. 1 is a block diagram of a conventional process for manufacturing a thermal ink jet printhead, such as the printhead shown in FIG. The hard plastic manifold 18 is injection molded (S1), and the heater plate 12 and the channel plate 15 are respectively manufactured in a silicon wafer (S2, S3). The heater wafer and the channel wafer are aligned by infrared rays, and the channel plate 15 of the channel wafer is bonded to the heater plate 12 of the heater wafer using the epoxy 13 to form a wafer assembly (S4, S5, S6). The wafer component is diced into a number of individual printhead modules 17 using a dicing blade, and the wafer component is cleaned by ultrasound. As a result, the individual print head modules 17 are separated from the diced wafer components (S7 to S9). To learn more about this manufacturing process, see, for example, US Pat. No. 4,782, issued to Campanelli et al.
6, 357 and the like.
【0008】各印刷ヘッドモジュールのノズル付きフロ
ント面を疎水性物質で被覆した後、各チャネルプレート
を各対応するヒータプレートへ接着する接着剤が全体的
に硬化処理される(S10)。次いで、印刷ヘッドモジ
ュール17はキャリッジ型サーマルインクジェット印刷
ヘッドあるいは全幅サーマルインクジェット印刷ヘッド
のいづれかを作るために使用される。全幅サーマルイン
クジェット印刷ヘッドは、個別印刷ヘッドモジュールの
突合せアレイ又は千鳥状アレイとして形成され得るが、
キャリッジ型印刷ヘッドを形成するには、一つだけのダ
イシングされた印刷ヘッドモジュールが必要とされる
(レザンカ(Rezanka )に付与された米国特許第4, 8
33, 491号に開示されているように、キャリッジ型
印刷ヘッドで解像度を向上させるか又は多色性を提供す
るために、複数の印刷ヘッドモジュールをスタックする
ことは可能であるが)。After covering the nozzle-equipped front surface of each print head module with a hydrophobic substance, the adhesive for bonding each channel plate to the corresponding heater plate is entirely cured (S10). The printhead module 17 is then used to make either a carriage-type thermal inkjet printhead or a full-width thermal inkjet printhead. While full-width thermal inkjet printheads can be formed as butt or staggered arrays of individual printhead modules,
Only one diced printhead module is required to form a carriage-type printhead (U.S. Pat.
It is possible to stack multiple printhead modules to improve resolution or provide multicolor with a carriage-type printhead, as disclosed in US Pat. No. 33,491).
【0009】図2に示されるように、印刷ヘッドモジュ
ール17(そのサブパーツとともに図示される)は、マ
ニホルド18及びヒートシンク16へ接着され、サーマ
ルインクジェット印刷ヘッドの製造を完了させる。シル
バーエポキシ等の接着剤14がヒートシンク16に塗布
され、接着剤14を硬化処理することによって印刷ヘッ
ドモジュール17がヒートシンク16へ接着される(S
11〜S13)。プリント配線板(PWB)はヒートシ
ンクへ用いられ(S14)、かつヒータプレートのアド
レッシング電極へワイヤボンディングされる(S1
5)。最後に、マニホルド18は、例えば、RTVシー
ル材19を用いることによって印刷ヘッドモジュール1
7へ密閉され、次いでマニホルド18は、またエポキシ
を用いてヒートシンク16へ固着される(S16〜S1
8)。As shown in FIG. 2, a printhead module 17 (shown with its subparts) is adhered to a manifold 18 and a heatsink 16 to complete the manufacture of a thermal ink jet printhead. An adhesive 14 such as silver epoxy is applied to the heat sink 16 and the print head module 17 is bonded to the heat sink 16 by curing the adhesive 14 (S
11 to S13). The printed wiring board (PWB) is used for a heat sink (S14), and is wire-bonded to an addressing electrode of a heater plate (S1).
5). Lastly, the manifold 18 is formed by, for example, using the RTV sealing material 19 so that the print head module 1 can be used.
7 and then the manifold 18 is again secured to the heat sink 16 using epoxy (S16-S1).
8).
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上記製造方法は以下の
理由によって不利である。(1)ウェハアセンブリの正
確な位置合わせ及びダイシングが困難である。(2)チ
ャネルプレート15をヒータプレート12へ接着するた
めに接着剤13を使用することによって、製造中に接着
剤によってチャネルが詰まる公算が大きくなる。(3)
製造ステップの数が多く、しかも細心な接着剤塗布プロ
セスが含まれているので、プロセス全体に時間がかかる
上に経費がかさむ。The above-mentioned manufacturing method is disadvantageous for the following reasons. (1) It is difficult to accurately position and dice the wafer assembly. (2) The use of the adhesive 13 to adhere the channel plate 15 to the heater plate 12 increases the likelihood that the channel will be blocked by the adhesive during manufacture. (3)
The large number of manufacturing steps and the delicate adhesive application process involved make the entire process time consuming and costly.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】インクマニホルド及びチ
ャネルプレートは2ステップの射出成形プロセスを用い
て製造される。チャネルプレートとマニホルドとヒータ
プレートとの間に密閉材が必要とされないように、イン
クマニホルドはハードプラスチック材から製造され、か
つチャネルプレートがエラストマ材料から製造されるの
が好ましい。すなわち、エラストマチャネルプレート
は、マニホルド及びヒータプレートに対して自己密閉す
る。SUMMARY OF THE INVENTION Ink manifolds and channel plates are manufactured using a two-step injection molding process. Preferably, the ink manifold is made of a hard plastic material and the channel plate is made of an elastomeric material so that no seal is required between the channel plate, the manifold and the heater plate. That is, the elastomeric channel plate is self-sealing to the manifold and heater plate.
【0012】結合されたマニホルドとチャネルプレート
は、ドロップオンデマンド式のサーマルインクジェット
印刷ヘッド及びピエゾインクジェット印刷ヘッド、並び
に非偏向型液滴によって印刷媒体にマークを付けるため
の連続流の液滴からの液滴を選択的にガッタ内へ偏向さ
せるために静電引力を利用するインクジェット印刷ヘッ
ドを含む種々のインクジェット印刷ヘッドにおいて使用
されることができる。結合されたマニホルドとチャネル
プレートから作られた印刷ヘッドはキャリッジ型印刷ヘ
ッド又は全幅千鳥状アレイ印刷ヘッドに使用できる。[0012] The combined manifold and channel plate provide a drop-on-demand thermal and piezo inkjet printhead, as well as liquid from a continuous stream of drops for marking the print media with non-deflecting drops. It can be used in a variety of inkjet printheads, including inkjet printheads that utilize electrostatic attraction to selectively deflect drops into a gutter. Printheads made from combined manifolds and channel plates can be used for carriage-type printheads or full-width staggered array printheads.
【0013】本発明によるサーマルインクジェット印刷
ヘッドを製造する時には、複数のヒータプレートは、例
えばシリコンウェハ内で従来の方法によって製造され
る。個々のヒータプレートは、複数のチャネルプレート
を有する他のシリコンウェハへシリコンウェハを最初に
接着せずに、当該シリコンウェハから(例えば、ダイシ
ング等によって)分離される。各個別のヒータプレート
は、従来の方法によってヒートシンクへ取り付けられ
る。一体式マニホルド/チャネルプレート(チャニホル
ドとも呼ばれる)が、ヒータプレート上の各ヒータ素子
がチャネルプレート内の対応するチャネルと協働するよ
うに、ヒータプレートと位置合わせされる。。チャニホ
ルド上の固定素子は、チャネルプレートとヒータプレー
トが接触し、かつ互いに密閉されるように、ヒートシン
クに取り付けられる。When manufacturing a thermal ink jet printhead according to the present invention, a plurality of heater plates are manufactured by conventional methods, for example in a silicon wafer. Individual heater plates are separated (eg, by dicing or the like) from the silicon wafer without first bonding the silicon wafer to another silicon wafer having a plurality of channel plates. Each individual heater plate is attached to the heat sink in a conventional manner. An integrated manifold / channel plate (also referred to as a manifold) is aligned with the heater plate such that each heater element on the heater plate cooperates with a corresponding channel in the channel plate. . The fixing element on the manifold is mounted on the heat sink so that the channel plate and the heater plate are in contact and are sealed from each other.
【0014】必要とされるプロセスの総数は、従来のイ
ンクジェット製造プロセスで必要とされたプロセス数よ
りも実質的に少ない。[0014] The total number of processes required is substantially less than the number of processes required in conventional ink jet manufacturing processes.
【0015】本発明は、インクマニホルドに取り付けら
れたチャネルプレートを有するインクジェット印刷ヘッ
ドのいかなるタイプに対しても適用可能である。すなわ
ち、本発明においては、耐熱性素子以外のチャネルから
インク液滴を射出するための作動手段も使用されること
ができる。The present invention is applicable to any type of ink jet printhead having a channel plate attached to an ink manifold. That is, in the present invention, an actuating means for ejecting ink droplets from channels other than the heat-resistant element can also be used.
【0016】本発明は、インクジェット印刷ヘッドに使
用する結合されたマニホルド及びチャネルプレートを製
造するための2ステップ射出成形方法であつて、a)吸引
口と吐出口と吸引口及び吐出口を連結する通路とを有す
るマニホルドを射出成形するステップと、b)前記マニ
ホルドにおいて、複数個のチャネルと、前記複数個のチ
ャネル及び前記マニホルド吐出口を連絡するリザーバと
を有するチャネルプレートを射出成形するステップであ
って、前記マニホルド及び前記チャネルプレートが異な
る物理特性を有する材料から射出成形されているステッ
プと、を含むことを特徴とする。The present invention is a two-step injection molding method for manufacturing a combined manifold and channel plate for use in an ink jet print head, comprising: a) connecting a suction port, a discharge port, a suction port and a discharge port. Injection molding a manifold having a passage; and b) injection molding a channel plate in the manifold having a plurality of channels and a reservoir communicating the plurality of channels and the manifold outlet. And wherein said manifold and said channel plate are injection molded from materials having different physical properties.
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【実施例】図3乃至図5は本発明の図示による実施例に
係るチャニホルド20を形成するために内部に射出成形
されたチャネルプレート21を有する射出成形されたイ
ンクマニホルド22を示す図である。マニホルド22は
外部のインク供給装置(図示せず)からインクを受け取
るためのインク吸引口24と、インクをチャネルプレー
ト21へ供給するためのインク吐出口26とを有する。
インクマニホルド22内のインク通路28を介してイン
ク吸引口24はインク吐出口26と流体連絡される。さ
らに、マニホルド22はチャニホルド20をヒートシン
ク上に取り付けるための手段として作動する二つのポス
ト(柱)22a、22bを有する。また、マニホルド2
2は支持柱22cを有し、その機能については後述す
る。マニホルド22は、ユニオン・カーバイド社(Unio
n Carbide )のポリスルホン(Polysulfone )(登録マ
ーク)、ゼネラル・エレクトリック社(Gneral Electri
c)のウルテム(Ultem )(登録マーク)あるいは適当
な液晶ポリマー等のハードプラスチック材料で製造する
のが好ましい。3 to 5 show an injection molded ink manifold 22 having an injection molded channel plate 21 therein for forming a manifold 20 according to an illustrated embodiment of the present invention. The manifold 22 has an ink suction port 24 for receiving ink from an external ink supply device (not shown) and an ink discharge port 26 for supplying ink to the channel plate 21.
The ink suction port 24 is in fluid communication with the ink discharge port 26 via an ink passage 28 in the ink manifold 22. In addition, the manifold 22 has two posts 22a, 22b that act as means for mounting the manifold 20 on a heat sink. Also, manifold 2
2 has a support column 22c, the function of which will be described later. Manifold 22 is manufactured by Union Carbide, Inc.
n Carbide) Polysulfone (registered mark), Gneral Electri
Preferably, it is made of c) Ultem (registered mark) or a hard plastic material such as a suitable liquid crystal polymer.
【0019】チャネルプレート21はインク吐出口26
に隣接したマニホルド22内へ射出成形される。チャネ
ルプレート21はチャネルプレートの従来の構造を有す
ることが可能であり、さらにマニホルド22のインク吐
出口26からインクを受け取る一つの表面上にリザーバ
23を形成する開口凹部を有する。リザーバ23は、チ
ャネル25の端部に形成されたノズル27へインクを方
向づける複数のチャネル25へ連結される。チャネル2
1は、シェル・ケミカル社(Shell Chemical)のクレイ
トン(Kraton)(登録マーク)等のオレフィン熱塑性プ
ラスチックエラストマ(olefinic thermo plastic elas
tomer )のようなエラストマ材料で製造するのが好まし
い。The channel plate 21 has an ink discharge port 26.
Is injection molded into a manifold 22 adjacent to. The channel plate 21 can have the conventional structure of a channel plate, and further has an open recess forming a reservoir 23 on one surface that receives ink from ink outlets 26 of the manifold 22. The reservoir 23 is connected to a plurality of channels 25 that direct ink to nozzles 27 formed at the ends of the channels 25. Channel 2
1 is an olefinic thermoplastic elastomer such as Kraton (registered mark) of Shell Chemical Company.
It is preferably made of an elastomeric material such as tomer).
【0020】二重射出成形プロセスは、チャニホルド2
0を製造するために用いられる。二重射出成形プロセス
は周知であるため、以下に簡単に説明する。射出成形プ
ロセスは、(親ネジラム、水圧ラムあるいは電気ラムを
介して)高熱溶融ポリマー樹脂を、共にクランプ(挟
持)された組型(スプリットダイ)又はモルド内へ圧力
射出する。スプリットダイは、成形される部品(つま
り、マニホルド22及びチャネルプレート21)の負性
型穴(impressions )を形成するため硬化した工具鋼板
から機械加工された一つの空洞(キャビティ)又はキャ
ビティの群を有する。周知のように、プログラマブル制
御装置は、射出成形プロセス中に用いられる過熱及び冷
却ライン、プロセス制御センサ、インジェクタ、位置合
わせピン及びゲートデバイス等のさまざまな機械的取り
付け部品特性を自動制御する。The dual injection molding process involves the
0 to produce The dual injection molding process is well known and will be briefly described below. The injection molding process pressure injects the hot melt polymer resin (via a lead screw ram, hydraulic ram or electric ram) into a mold (split die) or mold that is clamped together. The split die is a cavity or group of cavities machined from hardened tool steel to form negative impressions of the part being molded (i.e., manifold 22 and channel plate 21). Have. As is well known, programmable controllers automatically control various mechanical fitting characteristics, such as heating and cooling lines, process control sensors, injectors, alignment pins and gate devices used during the injection molding process.
【0021】チャニホルド20を製造するため、マニホ
ルド22とチャネルプレート21のためのそれぞれ異な
る組成の2種類の溶融物からなる二つの異なる成形サイ
クルが発生する。第1の成形サイクルでは、チャネルプ
レート21の鋳型が組型の負性型穴内へ挿入される。最
初に説明したように、通常、モルドを形成するため水圧
シリンダがスプリットダイをクランプする。さらに、そ
のモルド内へポリスルホン(登録マーク)等の高熱溶解
プラスチックが圧力射出成形される。To manufacture the manifold 20, two different molding cycles for the manifold 22 and the channel plate 21 are made, each consisting of two melts of different composition. In the first molding cycle, the mold of the channel plate 21 is inserted into the negative mold hole of the mold. As explained earlier, typically a hydraulic cylinder clamps the split die to form a mold. Further, a high heat melting plastic such as polysulfone (registered mark) is pressure injection molded into the mold.
【0022】モルド内の高熱溶解プラスチックの流れを
制御するため、従来の方法で二つの異なる射出システム
の間でモルドを回転及び/又は漸進させることができ
る。さらに、高熱溶解プラスチックをマニホルド22の
負性型穴へ方向づけるために、内部ゲート及びモルドの
外部弁を開口又は閉口する。また、内部ゲート及び外部
弁により溶解プラスチックの過熱及び冷却が容易とな
り、さらに水圧シリンダによる適度なクランプ圧力の維
持が容易となる。モルド内に配置されたチャネルプレー
ト21の鋳型により、マニホルド用の溶解プラスチック
がチャネルプレート21を形成する領域に流れ込むのを
阻止する。高温モルド及び高熱溶解プラスチックが、ハ
ードプラスチックマニホルド22を形成するために冷却
される。その後、チャネルプレート21の鋳型が取り除
かれる。[0022] To control the flow of the hot melt plastic in the mold, the mold can be rotated and / or advanced between two different injection systems in a conventional manner. In addition, the internal gate and the external valve of the mold are opened or closed to direct the hot melt plastic into the negative mold cavity of the manifold 22. Also, the overheating and cooling of the molten plastic is facilitated by the internal gate and the external valve, and the maintenance of an appropriate clamping pressure by the hydraulic cylinder is also facilitated. The mold of the channel plate 21 located in the mold prevents the molten plastic for the manifold from flowing into the area forming the channel plate 21. The hot mold and hot melt plastic are cooled to form a hard plastic manifold 22. Thereafter, the mold of the channel plate 21 is removed.
【0023】第2の成形サイクルでは、クレイトン(Kr
aton)(登録マーク)等の溶解エラストマをチャネルプ
レート21の負性型穴へ圧力射出されるのが好ましい。
射出成形されたマニホルド22がマニホルド型穴の空間
を占有するので、溶解エラストマはチャネルプレート2
1の型穴内に含まれる。チャネルプレート21の型穴は
マニホルド22の凹部内へ延出する一つ以上の突起物2
1a(図6参照)を有するので、これによりチャネルプ
レート21とマニホルド22が絡み合う。エラストマチ
ャネルプレート21の型穴がプラスチックマニホルド2
2の型穴と結合するため、溶解エラストマが冷却されモ
ルドをスプリット開口された時、エラストマチャネルプ
レート21は確実にマニホルド22へ取り付けられる。
したがって、エラストマチャネルプレート21は射出成
形マニホルド22内へ射出成形される。二重射出成形に
よって、キャリッジ型プリンタ又は全幅千鳥状アレイ型
プリンタに適した印刷ヘッドを製造することができる。In the second molding cycle, Kraton (Kr
It is preferable that a dissolving elastomer such as aton (registered mark) is pressure-injected into the negative mold hole of the channel plate 21.
Since the injection molded manifold 22 occupies the space in the manifold mold cavity, the dissolving elastomer is
1 within the mold cavity. The mold cavity in the channel plate 21 has one or more protrusions 2 extending into the recesses in the manifold 22.
1a (see FIG. 6), whereby the channel plate 21 and the manifold 22 are entangled. The mold hole of the elastomer channel plate 21 is the plastic manifold 2
The elastomer channel plate 21 is securely attached to the manifold 22 when the melted elastomer is cooled and split open in the mold to mate with the second mold cavity.
Accordingly, the elastomeric channel plate 21 is injection molded into the injection molded manifold 22. By double injection molding, a print head suitable for a carriage type printer or a full width staggered array type printer can be manufactured.
【0024】チャニホルド製造に用いられるモルドの特
定形状は、形成されるマニホルド及びチャネルプレート
の形状に応じて変動し、この特定形状は、主に印刷ヘッ
ドが用いられるプリンタの型に依存する。The particular shape of the mold used to manufacture the manifold will vary depending on the shape of the manifold and channel plate being formed, and this particular shape will depend primarily on the type of printer in which the printhead will be used.
【0025】図6、図7及び図8は、サーマルインクジ
ェット印刷ヘッドと、本発明の一つの実施例によるサー
マルインクジェット印刷ヘッドの製造プロセスとを示
す。エラストマチャネルプレート21を有するインクマ
ニホルド22が射出成形され(S101)、複数のヒー
タプレート12を含むシリコンウェハが製造され、ダイ
シングされ、洗浄され、かつヒータプレートがダイシン
グされたウェハから分離された(S102〜S105)
後で、ヒータプレート12が、例えばシルバーエポキシ
14を用いてヒートシンク16に接着剤で接着される
(S106〜S108)。プリント配線板(PWB)
は、ヒートシンクへ取り付けられ、ヒータプレート12
へワイヤボンディングされる(S109〜S110)。
マニホルド22の各端部に配置されたポスト(柱)22
a、22bを、ヒートシンク16内に形成された開口1
6a、16bへ挿入し、次にチャニホルド20をヒート
シンク16へ取り付けるためにポスト22a、22bの
端部を溶融することによって、製造プロセスが完了する
(S111〜S113)。ヒータプレート12はヒート
シンク16とチャネルプレート21との間にクランプさ
れる。チャネルプレート21がエラストマから製造され
た時には、チャネルプレート21とヒータプレート12
の間には液体密着密閉が行われ、これによって接着剤は
不要となる。FIGS. 6, 7 and 8 show a thermal inkjet printhead and a process for manufacturing a thermal inkjet printhead according to one embodiment of the present invention. An ink manifold 22 having an elastomer channel plate 21 is injection molded (S101), a silicon wafer including a plurality of heater plates 12 is manufactured, diced, washed, and the heater plate is separated from the diced wafer (S102). ~ S105)
Later, the heater plate 12 is bonded to the heat sink 16 with an adhesive using, for example, silver epoxy 14 (S106 to S108). Printed wiring board (PWB)
Is attached to the heat sink and the heater plate 12
Wire bonding (S109 to S110).
Posts (posts) 22 arranged at each end of the manifold 22
a, 22b are connected to the opening 1 formed in the heat sink 16.
6a, 16b and then melting the ends of the posts 22a, 22b to attach the manifold 20 to the heat sink 16, thereby completing the manufacturing process (S111-S113). The heater plate 12 is clamped between the heat sink 16 and the channel plate 21. When the channel plate 21 is made of an elastomer, the channel plate 21 and the heater plate 12
A liquid tight seal is provided between them, which eliminates the need for an adhesive.
【0026】図9及び図10は、完成したサーマルイン
クジェット印刷ヘッド30を示す。図10に示されるよ
うに、ヒータプレート12は配線34を用いてヒータプ
レート12上で発熱体を制御するためのプリント配線板
(PWB)32に連結される。PWB32は、マニホル
ド22とヒートシンク16の間に形成されたスペース内
に配置される。柱22cはこのスペースを維持すること
を補助し、かつチャニホルドのための安定化サポートと
して作用する。FIGS. 9 and 10 show the completed thermal ink jet print head 30. FIG. As shown in FIG. 10, the heater plate 12 is connected to a printed wiring board (PWB) 32 for controlling a heating element on the heater plate 12 using a wiring 34. The PWB 32 is disposed in a space formed between the manifold 22 and the heat sink 16. The post 22c helps maintain this space and acts as a stabilizing support for the manifold.
【0027】図9に示されるように、ノズル27はほぼ
矩形状である。三角形の形状あるいは他の形状を有する
ノズルであってもよい。さらに、均等でないプロファイ
ル(輪郭)を有するチャネルが形成されることができる
(例えば、インクチャネル吸引口はインクチャネル吐出
口とは異なる断面を有し得る)。As shown in FIG. 9, the nozzle 27 is substantially rectangular. The nozzle may have a triangular shape or another shape. In addition, channels having non-uniform profiles (contours) can be formed (e.g., the ink channel suction port can have a different cross section than the ink channel discharge port).
【0028】従来の製造方法と比較すると、サーマルイ
ンクジェット印刷ヘッドを形成するのに必要なステップ
数が大幅に減ることになる。ステップ数が減ることによ
り、組み立て(アセンブリ)時間、製造コストも削減さ
れる。さらに、エポキシ13及びRTVシール材19は
製造プロセスから削除されることから、チャネルプレー
トのチャネルがそれぞれヒータプレートとマニホルドの
接着の間に、エポキシ、RTVシール材によって詰まる
可能性が少なくなるので、サーマルインクジェット印刷
ヘッドのこのプロセスの歩留りは増大する。The number of steps required to form a thermal ink jet printhead is greatly reduced when compared to conventional manufacturing methods. By reducing the number of steps, assembly time and manufacturing cost are also reduced. Further, since the epoxy 13 and the RTV seal 19 are eliminated from the manufacturing process, there is less likelihood that the channels of the channel plate will be clogged by the epoxy and RTV seals, respectively, during the bonding of the heater plate and the manifold. The yield of this process for inkjet printheads is increased.
【0029】エラストマチャネルプレートを有する上記
マニホルド並びにその製造方法を用いて、サーマルイン
クジェット印刷ヘッドの製造するためのステップ数が低
減される。さらに、高価な半導体ウェハが、サーマルイ
ンクジェット印刷ヘッドのチャネルプレートを製造する
ために使用される必要がなくなる。さらにまた、チャネ
ルとヒータプレートが接着剤を使用せずに互いに取り付
けられる。さらに、チャネルプレートの最底面がマニホ
ルドの最底面と完全に同一面上になるようにエラストマ
チャネルプレートが形成され得ることが理解されよう。The number of steps for manufacturing a thermal ink jet printhead is reduced using the above-described manifold having an elastomeric channel plate and a method of manufacturing the same. Furthermore, expensive semiconductor wafers need not be used to manufacture the channel plates of the thermal inkjet printhead. Furthermore, the channel and the heater plate are attached to each other without using an adhesive. Further, it will be appreciated that the elastomeric channel plate may be formed such that the bottom surface of the channel plate is completely flush with the bottom surface of the manifold.
【0030】図11及び図12は、ヒータプレートに取
り付けられた後に、本発明のさらなる変更によるチャネ
ルプレートの断面図である。図11及び12におけるチ
ャネルプレート21はマニホルドと一体的に形成される
か、又は1ステップ射出成形プロセスによってマニホル
ドから離間して形成されることができる。図11及び図
12におけるチャネルプレート21は、マニホルドと共
に製造される場合、エラストマ材料から作られるのが好
ましいが、マニホルドと一体的に形成されない場合には
セラミックグリーンテープ(Green Tape)等の非エラス
トマ材料で製造することも可能である。FIGS. 11 and 12 are cross-sectional views of a channel plate according to a further modification of the present invention after being attached to a heater plate. The channel plate 21 in FIGS. 11 and 12 can be formed integrally with the manifold or can be formed remotely from the manifold by a one-step injection molding process. The channel plate 21 in FIGS. 11 and 12 is preferably made of an elastomeric material when manufactured with a manifold, but a non-elastomer material such as a ceramic green tape (Green Tape) when not integrally formed with the manifold. It is also possible to manufacture with.
【0031】図11及び12におけるチャネルプレート
21は、ピット29がチャネルプレート21の各チャネ
ル25内で形成された点において上記のチャネルプレー
トとは異なる。ピット29は、ヒータプレート12上の
ヒータ素子12aに対応するチャネル25の部分内に配
置される。ピット29を設けることによってポリイミド
保護層12b内にピットを設ける必要がなくなる。ポリ
イミド保護層12bはヒータプレート12の上部表面上
に設けられ、チャネル25内のインクの腐食影響からヒ
ータプレート12上の回路12cを保護する。これによ
ってポリイミド保護層12bを非常に薄い層として形成
されることが可能となる。ポリイミド保護層内に形成さ
れた従来のピットの例については、ホーキンス( Hawki
ns)に付与された米国特許第4, 774, 530号の図
2を参照されたい。The channel plate 21 in FIGS. 11 and 12 differs from the above-mentioned channel plate in that pits 29 are formed in each channel 25 of the channel plate 21. The pits 29 are arranged in a portion of the channel 25 on the heater plate 12 corresponding to the heater element 12a. By providing the pits 29, it is not necessary to provide pits in the polyimide protective layer 12b. The polyimide protective layer 12b is provided on the upper surface of the heater plate 12, and protects the circuit 12c on the heater plate 12 from the corrosion effect of the ink in the channel 25. This makes it possible to form the polyimide protective layer 12b as a very thin layer. For an example of a conventional pit formed in a polyimide protective layer, see Hawkis.
See FIG. 2 of U.S. Pat. No. 4,774,530 to U.S. Pat.
【0032】[0032]
【発明の効果】ポリイミドの節約の他に、チャネルプレ
ート21内にピット29を形成することによって、時間
が節約され、ヒータウェハの歩留り(ポリイミド層を形
成するための現在のプロセスはプロセスに課される剛的
耐性に応じて高価である)が改善され、かつプロセスス
テップ総数が減らされる。また、ポリイミドにおいては
実現不可能な、例えば、側壁プロファイルやキャビティ
形状などのピット形状変化が実行されることができる。In addition to saving polyimide, time is saved by forming pits 29 in the channel plate 21 and heater wafer yield (current processes for forming polyimide layers are imposed on the process). Cost, depending on the stiffness) and the total number of process steps is reduced. Further, for example, a pit shape change such as a sidewall profile or a cavity shape, which cannot be realized with polyimide, can be performed.
【0033】本発明はまた、ノズルを介して液滴を吐出
するために熱以外の手段を利用するインクジェットプリ
ンタにも適用可能である。The present invention is also applicable to an ink jet printer that uses means other than heat to discharge droplets through a nozzle.
【図1】サーマルインクジェット印刷ヘッドを製造する
ための従来のプロセスのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a conventional process for manufacturing a thermal inkjet printhead.
【図2】ヒートシンク上に設けられた従来のサーマルイ
ンクジェット印刷ヘッドの分解正面図である。FIG. 2 is an exploded front view of a conventional thermal ink jet print head provided on a heat sink.
【図3】本発明の一実施例に係るチャニホルドの正面図
である。FIG. 3 is a front view of a channel according to an embodiment of the present invention.
【図4】図3のチャニホルドの側面図である。FIG. 4 is a side view of the channel of FIG. 3;
【図5】図3の線5−5に沿ったチャニホルドの断面図
である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the manifold along line 5-5 in FIG. 3;
【図6】本発明の一実施例に係るチャニホルドにより製
造した印刷ヘッドの正面図であって、かつ印刷ヘッドの
分解図である。FIG. 6 is a front view of a print head manufactured by a manifold according to an embodiment of the present invention, and is an exploded view of the print head.
【図7】本発明の一実施例に係るチャニホルドにより製
造した印刷ヘッドの正面図である。FIG. 7 is a front view of a print head manufactured by a channel according to an embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施例に係るサーマルインクジェット
印刷ヘッドの製造プロセスのブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of a manufacturing process of a thermal inkjet print head according to an embodiment of the present invention.
【図9】本発明の実施例に係るチャニホルドを有するサ
ーマルインクジェット印刷ヘッドの正面図である。FIG. 9 is a front view of a thermal ink jet print head having a manifold according to an embodiment of the present invention.
【図10】図9の線9−9に沿った図9のサーマルイン
クジェット印刷ヘッドの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the thermal inkjet printhead of FIG. 9 taken along line 9-9 of FIG.
【図11】ピット特性を有する変更されたチャネルプレ
ートの断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a modified channel plate having pit characteristics.
【図12】図11の線11−11に沿った断面図であ
る。FIG. 12 is a sectional view taken along lines 11-11 in FIG. 11;
12 ヒータプレート 16 ヒートシンク 20 チャニホルド 21 チャネルプレート 22 インクマニホルド 23 リザーバ 24 インク吸収口 25 チャネル 26 インク吐出口 27 ノズル 28 インク通路 12 Heater Plate 16 Heat Sink 20 Channel 21 Channel Plate 22 Ink Manifold 23 Reservoir 24 Ink Absorption Port 25 Channel 26 Ink Discharge Port 27 Nozzle 28 Ink Passage
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−178765(JP,A) 特開 平2−125738(JP,A) 特開 平2−187344(JP,A) 西独国特許出願公開3438033(DE, A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 45/00 - 45/84 B41J 2/16 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-57-178765 (JP, A) JP-A-2-125738 (JP, A) JP-A-2-187344 (JP, A) West German patent application published 3438033 (DE, A1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B29C 45/00-45/84 B41J 2/16
Claims (1)
されたマニホルド及びチャネルプレートを製造するため
の2ステップ射出成形方法であって、 a)吸引口と吐出口と吸引口及び吐出口を連結する通路
とを有するマニホルドを射出成形するステップと、 b)前記マニホルドにおいて、複数個のチャネルと、前
記複数個のチャネル及び前記マニホルド吐出口を連絡す
るリザーバとを有するチャネルプレートを射出成形する
ステップであって、前記マニホルド及び前記チャネルプ
レートが異なる物理特性を有する材料から射出成形され
ているステップと、を含むことを特徴とする2ステップ
射出成形方法。1. A two-step injection molding method for manufacturing a combined manifold and channel plate for use in an inkjet print head, comprising: a) a suction port, a discharge port, and a passage connecting the suction port and the discharge port. B) injection molding a channel plate having a plurality of channels and a reservoir communicating with the plurality of channels and the manifold outlet in the manifold; A step wherein the manifold and the channel plate are injection molded from materials having different physical properties.
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